DE29705169U1 - Elektrodengerüst aus Nadelfilzmaterial - Google Patents
Elektrodengerüst aus NadelfilzmaterialInfo
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Description
Stenger, Watzke &*Hi>iG :'Y": :":'Kiiser-Friedrich-Rins70
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PATENTANWÄLTE
DIPL-ING. WOLFRAM WATZKE
DIPL-ING. HEINZ J. RING
DIPL.-ING. ULRICH CHRISTOPHERSEN
Unser Zeichen: 97 0279 DIPL.-ING. MICHAEL RAUSCH
DIPL.-ING. WOLFGANG BRINGMANN
DAUG Hoppecke Gesellschaft für Patentanwälte
Batteriesysteme mbH european patent attorneys
Industriegebiet Bremecketal
59929 Brilon 20. März 1997
Datum
Die Erfindung betrifft ein Elektrodengerüst für Akkumulatoren, welches aus
einem Nadelfilzmaterial aus Kunststoffasern gebildet ist.
Seit einigen Jahren werden Kunststoffmaterialien, wie offenporige Schäume,
Vliesstoffe oder Nadelfilze als Trägergerüste für Elektroden in unterschiedlichsten Typen von Akkumulatoren eingesetzt. Zur Herstellung von
Elektroden für Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, hat sich die Verwendung von Nadelfilzen oder Vliesstoffen, welche in einem nachträglichen Schritt mit einer
elektrisch leitenden Metallauflage versehen werden, als besonders geeignet herausgestellt.
Die mechanisch gebildeten Faservliese sind textile Flächengebilde aus
Faserfloren, welche mit Hilfe von Kardiermaschinen hergestellt und zu mehreren Lagen übereinander geschichtet sind und deren Zusammenhalt im
allgemeinen durch die den Fasern eigene Haftung gegeben ist. Die Faserfliesbahnen können in einem weiteren Arbeitsschritt durch wechselndes
Einstechen und Ausziehen einer Vielzahl geeigneter Nadeln zu Nadelfilzen verfestigt werden. Die besonderen Eigenschaften der Nadelfilzerzeugnisse
ergeben sich durch die Art der Vliesbildung, die Art der Vernadelungstechnik in Kombination mit dem Nadelwerkzeug und im wesentlichen durch den
Faserstoff selbst, wobei hier noch die faserspezifischen Eigenschaften wie Schnittlänge, Titer, Kräuselung, Oberflächenbeschaffenheit und
elektrostatisches Verhalten eine Rolle spielen. Häufig werden für die Herstellung von Faserstrukturelektroden mit metallischer Faserstruktur
Telefon (0211)572131 -Telex 85 88429 pate d ■ Telefax (02II) 588225 ■ Postgirokonto Köln (BLZ 37010050) 227610-503
Vliesstoffe bzw. Nadelfilze mit Ausgangsporositäten von 45 % bis 96 % bei
einem Faserdurchmesser zwischen 5 //m und 40 &mgr;&ngr;&eegr; eingesetzt.
Die Metallisierung von porösen Kunststoffsubstraten sieht z.B. vor, die
Porenoberfläche des flächigen Textilgutes zunächst mit einer Aktivierungslösung auf der Basis von Pd/Sn-Verbindungen zu tränken,
anschließend die verbrauchte Aktivierungslösung aus den Poren des porösen Substrats zu entfernen und nach ggf. erforderlichen
Zwischenbehandlungsschritten schließlich eine chemische
Metailisierungslösung mit der Substratoberfläche in Kontakt zu bringen um
danach die stromlos abgeschiedene Metallschicht auf galvanischem Weg zu verstärken. Die bei dieser Metallisierung abgeschiedenen Metalle sind in der
Regel Kupfer oder Nickel, grundsätzlich kann man aber auch andere Metalle auf einem zuvor aktivierten Kunststoffsubstrat abscheiden.
Die chemischen Grundlagen der Kunststoffmetallisierung finden sich
beispielsweise beschrieben in "Kunststoffgalvanisierung" (E. Leuze Verlag, Saulgau) oder in "Funktionelle chemische Vemicklung" {E. Leuze Verlag,
Saulgau). Verfahren zum Aktivieren und Metallisieren sind beispielsweise in DE-PS 36 31 055 , DE-PS 36 37 130 , DE-PS 37 10 895 , DE-PS 38 37 835
offenbart. In der DE-PS 40 04 106 ein metallisiertes Plastfaser-Elektrodengerüst
auf Vliesstoffbasis für Batterieelektroden mit erhöhter Belastbarkeit beschrieben.
Dem Stand der Technik, wie er sich aus den bereits zitierten Patentschriften
ergibt, ist ferner zu entnehmen, daß eine zuverlässige und gleichmäßige Metallisierung von textlien Kunststoffsubstraten in oben beschriebener Weise
nur dann erfolgen kann, wenn die Oberfläche bzw. Porenwandungen der Kunststoffsubstrate vollständig und mit ausreichender Geschwindigkeit von
der metallhaltigen wässrigen Lösung benetzt wird und die metallhaltige wässrige Lösung gleichmäßig schnell in die poröse Struktur des
Kunststoffsubstrat eindringen kann, wobei die wässrige Lösung das abzuscheidende Metall in ionogener, komplex gelöster oder kolloidaler Form
enthält. Dies bedingt, daß die o.g. Kunststoffsubstrate entweder von sich aus hydrophil sind oder durch entsprechende Maßnahmen wie Behandlung ihrer
Oberfläche oder durch mechanische, physikalische oder chemische (Ätzen)
Vorbehandlungen in einen hydrophilen (benetzbaren) Zustand versetzt
wurden.
Dem Stand der Technik zufolge können elektrisch nicht leitende Kunststoffasem sowohl bei ihrer Herstellung als auch während ihrer
Verarbeitung zu Nadelfilzerzeugnissen mit einer bestimmten Menge an Ausrüstung oder Avivagen versehen werden, welche als Anti-Elektrostatikum
elektrische Aufladungen insbesondere während der Vernadelungsprozesse
verhindern. Die verwendeten Avivagen enthalten üblicherweise u.a. Wirksubstanzen aus der Gruppe der wasserlöslichen Phosphorsäureester,
Amine oder Tenside und sind neben ihrer Wirkung als Anti-Elektrostatikum hervorragend geeignet die Oberflächen bzw. Porenwandungen von
Kunststoffsubstraten zu hydrophilieren und damit für die nachfolgenden Tränkungsprozesse vorzubereiten . Zur Gewährleistung einer ausreichenden
Verarbeitbarkeit und Benetzbarkeit über die gesamte Oberfläche der Substratbahnen werden üblicherweise Avivagemengen zwischen 0,8 und 1,0
Gew.% auf die Kunststoffasem aufgebracht.
Die praktische Erfahrung bei der industriellen Fertigung ausgehend von
Nadelfilzen einer bestimmten Porosität und Faserspezifikation hat jedoch gezeigt, daß mit den bisherigen Vorgaben entsprechenden Nadelfilzen bzw.
Faservliese eine Metallisierung zu qualitativ hochwertigen Faserstrukturelektrodengerüsten ohne Fehlstellen oder Bereichen mit
unzureichender Vernickelung nicht möglich ist, was zwangsläufig mit zeitraubenden und personalintensiven Qualitätskontrollen, Schneid- und
Sortiervorgängen der mit Fehlstellen behafteten metallisierten Substratflächen verbunden ist. Darüber hinaus fallen für die Aufarbeitung oder Entsorgung der
für die weitere Verarbeitung ausgeschlossenen fehlmetallisierten Substratbahnen weitere Kosten an.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, Faserstrukturelektrodengerüste für den Einsatz in
Akkumulatoren anzugeben, welche bei Minimierung oder gar Vermeidung von Fehlsteilen metallisierbar ist.
Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung
vorgegeben, daß das Nadelfilzmaterial mit einer Faserausrüstung von < 0,8 Gewichtsprozent (Gew.%) versehen ist.
Überraschend hat sich herausgestellt, daß die Menge der auf die Fasern des
Kunststoffsubstrates aufgebrachten Faserausrüstung einen Einfluß auf die Fehlstellenerzeugung bei der Metallisierung der Nadelfilze hat. Das
erfindungsgemäße Faserstrukturelektrodengerüst ermöglicht die chemische
und galvanische Metallisierung des Nadelfilzmaterials zu qualitativ hochwertigen Gerüsten ohne bzw. mit einem Minimum an Fehlstellen oder
unzureichend metallisierten Bereichen. Während dem Fachmann im Stand der Technik üblicherweise Dimensionierungsvorschriften zur Vermeidung von
Fehlstellen vorgeschlagen wurden, ist die Verwendung eines Nadelfilzmaterials mit einer Faserausrüstung von
< 0,8 Gew.% neu und durch keinerlei Hinweise im Stand der Technik nahegelegt.
Mit besonderem Vorteil wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß das zu
metallisierende Nadelfilz - oder Vliesstoffmaterial mit einer Faserausrüstung <
0,5 Gew.% versehen ist, ohne daß eine Beeinträchtigung des Benetzungsverhaltens der Nadelfilzsubstrate zu verzeichnen ist.
in vorteilhafter Weise wird ein Vliesstoff oder Nadelfilz vorgeschlagen, der
eine Faserstärke von 1,2 - 3,8 dtex, eine Porosität von 50 % - 98 % und eine
Dicke der Substratbahn von 0,4 mm - 10 mm besitzt. Gleichzeitig ist eine beidseitige Vernadelung des Filzmaterials senkrecht zur Bahnhauptfläche
vorgesehen, wobei Spaltfestigkeiten (nach DIN 53539) von 10 bis 40 N/5cm
längs vorzugsweise 10 bis 20 N/5cm erzielt werden.
Die Faserlänge ist in vorteilhafter Weise 20 mm - 100 mm. Das Filzmaterial
kann Flächengewichte von 50 g/cm2 - 700 g/cm2 aufweisen, vorzugsweise 60
g/cm2 - 500 g/m2.
Als Materialien haben sich Kunststoffaser aus Polyethylen, Polypropylen,
Polyester, Polyamid, Aramid und dergleichen als geeignet erwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen erläutert
Ein Nadeifilzsubstrat aus Polypropylen mit einer Faserstärke von 20 &mgr;&pgr;\, einer
Porosität von 90 %, einer Dicke von 4,2 mm und einer Avivageauflage von
0,8 Gew.% wurde im herstellungsbedingten Konfektionszustand durch eine Aktivierungslösung auf der Basis Pd/Sn mit einer
Wasserstoffionenkonzentration von 1,15 mol/l geführt. Mach dem Entfernen
der verbrauchten Aktivierungslösung aus den Poren der Nadelfilzbahn wurde
diese direkt in eine chemische Vernickelungslösung getaucht. Eine im Anschluß durchgeführte galvanische Vernickelung des nun elektrisch leitenden
Substrates zeigte als Ergebnis eine ungleichmäßig metallisierte poröse Nadelfiizbahn mit hohen Ausschußanteilen an
Faserstrukturelektrodengerüsten.
Eine Vliesstoffbahn aus Polypropylen mit einer Nenndicke von 2,5 mm, einem
Flächengewicht von 200 g/m2 und einer Faserstärke von 2,9 dtex wurde eine
Faserausrüstung bei der Faserherstellung von 0,4 Gew.% angewandt. Ohne eine weitere nachträgliche Ausrüstungsergänzung wurde die Nadelfiizbahn aus
Polypropylenfasern in einer Breite von 600 mm und einer Länge von 25 m in üblicher Weise mit einer Aktivierungslösung, die Palladium(ll)chlorid,
Zinn(ll)chlorid und Salzsäure enthielt imprägniert. Als Ergebnis der nachfolgend durchgeführten chemischen Vernickelung wurde eine über die
gesamte Fläche gleichmäßig metallisierte poröse Nadelfiizbahn erhalten, deren Metallauflage auf den Fasern sich galvanisch beliebig verstärken ließ.
Ein beidseitig vernadeltes bahnförmiges Nadelfilzsubstrat mit einem
Flächengewicht von 360 g/m2, einer Porosität von 92 % und einer
Spaltfestigkeit senkrecht zur Hauptfläche der Bahn von 18,5 N/5cm längs aufwies, wurde aus Polypropylenfasern mit einer Faserlänge von 60 mm,
einem Titer von 2,8 dtex und einer Avivageauflage von 0,45 Gew.% hergestellt. Für die Aufbringung einer Nickelauflage wurde die Nadelfiizbahn in
eine wässrige Lösung aus Palladium(ll)chlorid, Zinn(ll)chloriddihydrat und
Salzsäuregas getaucht. Nach der Aktivierung und einer außenstromlosen
Vernickelung erfolgte eine Verstärkung der Nickelauflage auf galvanischem Wege. Es ließen sich Faserstruktureiektrodengerüste ohne Fehlstellen oder
unzureichend vernickelten Bereichen erzeugen.
Claims (12)
1. Elektrodengerüst für elektrische Akkumulatoren, welches aus einem
Nadelfilzmateriai aus elektrisch nichtleitenden Kunststoffkern gebildet
ist, wobei die Fasern aktiviert, chemisch metallisiert und galvanisch mit einer Metallschicht verstärkt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Nadelfilzmaterial mit einer Faserausrüstung von
< 0,8 Gew.% versehen ist.
2. Elektrodengerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Nadelfilzmaterial mit einer Faserausrüstung < 0,5 Gew.% versehen ist.
3. Elektrodengerüst nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Nadelfilzmaterial aus Fasern einer Schnittlänge
von 20 mm - 100 mm gebildet ist.
4. Elektrodengerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Nadelfilzmaterial ein Flächengewicht von 50 700
g/cm2, vorzugsweise 60 bis 500 g/m2 aufweist.
5. Elektrodengerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Nadeifilzmaterial eine Spaltfestigkeit senkrecht zur Hauptfläche der Bahn von 10 bis 40 N/5cm längs vorzugsweise 10
bis 20 N/5cm aufweist.
6. Elektrodengerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Nadelfilzmaterial beidseitig vernadelt ist
7. Elektrodengerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Nadelfilzmaterial aus Polyethylen, Polypropylen,
Polyester, Polyamid, Aramid oder entsprechenden Kunststoffen besteht.
8. Elektrodengerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die zur Behandlung des Nadelfilzmaterials eingesetzten Faserausrüstungen oder Avivagen Substanzen aus der
Gruppe der wasserlöslichen Phosphorsäureester, Amine, Tenside oder
Borsäureester enthalten.
9. Elektrodengerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Nenndicke der Nadelfilzbahn 0,4 bis 10 mm beträgt.
10. Elektrodengerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Porosität des unbearbeiteten Filz zwischen 50% und 98 % beträgt.
11. Elektrodengerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Faserstärke des unbearbeiteten Filz zwischen 1,2 dtex - 3,8 dtex beträgt.
12. Elektrodengerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die galvanisch aufgebrachte Metallschicht aus Nickel, Kupfer oder Blei besteht.
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29705169U1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19804650A1 (de) * | 1998-02-06 | 1999-08-12 | Hoppecke Batterie Systeme Gmbh | Elektrodenanordnung für Nickel-Cadmium-Akkumulatoren |
| US6458484B2 (en) | 1998-02-06 | 2002-10-01 | Hoppecke Batterie Systeme Gmbh | Fiber-structure electrode system for nickel-cadmium batteries and procedure for its manufacture |
-
1997
- 1997-03-21 DE DE29705169U patent/DE29705169U1/de not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19804650A1 (de) * | 1998-02-06 | 1999-08-12 | Hoppecke Batterie Systeme Gmbh | Elektrodenanordnung für Nickel-Cadmium-Akkumulatoren |
| US6458484B2 (en) | 1998-02-06 | 2002-10-01 | Hoppecke Batterie Systeme Gmbh | Fiber-structure electrode system for nickel-cadmium batteries and procedure for its manufacture |
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